نشأت المعادن المسحوق ، باعتبارها تحضير مواد متقدمة وديناميكية وتكوين التكوين ، من تقنية إعداد السيراميك القديمة وتكنولوجيا صنع الحديد ، حتى عام 1909 ، ظهور تنغستن البودرة المعادن في ظهور عصر المعادن الحديثة. لأكثر من مائة عام ، تطورت تقنية المعادن المسحوق بقوة ، وقد ظهرت مجموعة متنوعة من المواد الجديدة والمنتجات الرئيسية المهمة بشكل مستمر ، لتصبح واحدة من التقنيات الهندسية المهمة التي لا غنى عنها في الاقتصاد الوطني والعلوم والتكنولوجيا.
خصائص ومزايا مسحوق المعادن
Powder Metallurgy هي تقنية تستخدم مسحوق معدني (أو مزيج من المسحوق المعدني وغير المعدني) لتصنيع المواد المعدنية والمواد المركبة وأنواع مختلفة من المنتجات عن طريق صب العمليات الملبدة كمواد خام.
بالمقارنة مع عملية الصهر والصب التقليدية ، فإن المعادن للمسحوق لديه العديد من المزايا. من ناحية ، يمكن أن يتجنب بشكل فعال فصل المكون المحتمل في عملية الصهر ، وضمان تكوين المواد الموحدة ، وذلك للحصول على أداء أكثر استقرارًا وممتازة. من ناحية أخرى ، يمكن للمعادن المسحوق تحقيق تشكيل شبه شبكية ، ويقلل بشكل كبير من عملية المعالجة اللاحقة ونفايات المواد. وفقًا لإحصائيات البيانات ذات الصلة ، يمكن أن يصل معدل استخدام المواد للأجزاء المصنعة بواسطة عملية المعادن للمسحوق إلى أكثر من 90 ٪ ، في حين أن معدل استخدام المواد لطريقة الآلات التقليدية عادة ما يكون 30 ٪ إلى 50 ٪ فقط ، مما لا يقلل فقط من تكلفة الإنتاج ، ولكنه يحسن أيضًا كفاءة الإنتاج ، ويتناسب مع مفهوم التطوير الأخضر لصناعة التصنيع الحديثة. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال ضبط تركيبة المسحوق ، وحجم الجسيمات وعملية التحضير ، يمكن تحقيق التنظيم الدقيق لخصائص المواد لتلبية احتياجات الحقول المختلفة للخصائص الخاصة للمادة ، مثل القوة العالية ، والصلابة العالية ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، إلخ.
العملية الرئيسية لعملية المعادن للمسحوق
(ط) تحضير المسحوق
طريقة التكسير الميكانيكي: الاعتماد على القوة الميكانيكية لمنع المعادن أو السبائك المقطعة إلى مسحوق ، معدات بسيطة ، تكلفة منخفضة ، عائد كبير ، لكن شكل المسحوق غير منتظم ، توزيع حجم الجسيمات الواسع ، ويسهل إدخال الشوائب.
طريقة التقليل: السائل المعدني المنصهر مع غاز عالي الضغط (النيتروجين ، الأرجون) أو رذاذ تدفق الماء عالي السرعة إلى قطرات صغيرة ، يتم تبريدها وتوطيدها في مسحوق. مسحوق ذرية الغاز له شكل كروي عالي ، سيولة جيدة ، مناسبة للأجزاء عالية الأداء ؛ طريقة تنقل المياه ذات التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية ، شكل مسحوق غير منتظم ، والتي تستخدم غالبًا في مسحوق الفولاذ العادي والمنتجات ذات المتطلبات المنخفضة الأداء.
طريقة التخفيض: استخدام الهيدروجين ، أول أكسيد الكربون وعوامل تقليل أخرى لتقليل أكسيد المعادن إلى مسحوق ، نقاء مرتفع ، نشاط مرتفع ، نشاط تلبد مرتفع ، ضغط درجة الحرارة المنخفضة ، لكن الإنتاج يحتاج إلى درجة حرارة عالية وأجواء محددة ، والاستثمار الكبير للمعدات ، وتهمة عالية.
طريقة التحليل الكهربائي: محلول الملح المعدني التحليل الكهربائي أو الملح المنصهر ، بحيث يكون أيونات المعادن في هطول الأمطار الكاثود إلى مسحوق ، ونقاء مرتفع ، وموحدة ، ومناسبة لحقل المتطلبات عالية النقاء وحجم الجسيمات ، مثل المواد الإلكترونية ، ولكن كفاءة الإنتاج المنخفضة ، واستهلاك الطاقة العالية ، وارتفاع التكلفة.
(2) تشكيل
صب: ضعي مسحوق المعادن المعالجة في القالب ، صب ضغط الضغط ، الخطوات بما في ذلك المسحوق ، الضغط ، إطلاق ، مناسب للشكل البسيط ، متطلبات عالية الدقة للمنتجات ، مثل العتاد. المزايا هي معدات بسيطة ، وكفاءة عالية ، وتكلفة منخفضة ، والإنتاج الضخم ؛ من الصعب تصميم وتصنيع المنتجات المعقدة.
صب الضغط المتساوي: استخدام انتقال الضغط الموحد السائل ، القالب المرن المسحوق يضع صب أوعية الضغط عالي الضغط. الضغط المتساوي البارد في درجة حرارة الغرفة مناسب للمنتجات ذات الشكل المعقد ومتطلبات الكثافة العالية ؛ يعمل الضغط المتساوي الحراري في درجة حرارة عالية وضغط عالي في وقت واحد لمواد الفضاء العالي الأداء. الميزة هي أن كثافة المنتج موحدة ، ومناسبة للمنتجات المعقدة الكبيرة ؛ المعدات باهظة الثمن ودورة طويلة وتكلفة عالية.
صب الحقن: مزج مسحوق المعادن والمواد اللاصقة في مادة الحقن وآلة الحقن في تجويف القالب ، فهو مناسب لتصنيع أجزاء صغيرة معقدة عالية الدقة مثل المكونات الإلكترونية. هذه المزايا هي كفاءة ودقة عالية القولبة ، وهي مناسبة للإنتاج الضخم ؛ من الصعب اختيار وإزالة المواد اللاصقة ، ويؤثر العلاج غير السليم على أداء المنتجات.
(3) الفواتير
التلبد التقليدي: سخني البليت في درجة الحرارة والجو المناسبة (الهيدروجين ، النيتروجين ، الفراغ ، إلخ) لدمج جزيئات المسحوق وتحسين الكثافة والقوة. جو الهيدروجين لإزالة الشوائب ، أكسدة النيتروجين ، الفراغ مناسب لمتطلبات محتوى الأكسجين العالي.
تلبيس الضغط الساخن: الضغط الملبد ، في المعدات الخاصة ، العفن مع الجرافيت والمواد الأخرى. غالبًا ما يتم استخدام المنتجات التي يمكن أن تقلل من درجة حرارة التلبد ، وتقصير الوقت ، وتحصل على كثافة وأداء أعلى في إعداد السيراميك عالي الأداء والمواد الأخرى.
تلبيس البلازما التفريغ (SPS): قم بتوليد البلازما التفريغ وتسخين الجول السريع المدفأة بواسطة تيار النبض. يمكن أن يزيل الشوائب على سطح الجسيمات ، وتنشيط السطح ، وتسخين بسرعة (100-1000 درجة / دقيقة) ، وقت قصير (بضع دقائق إلى بضع دقائق) ، يمكن أن تمنع نمو الحبوب ، ويستخدم لإعداد المواد النانوية.
مجال تطبيق تكنولوجيا المعادن للمسحوق
(1) مجال الفضاء
لدى Aerospace متطلبات صارمة على أداء المواد ، وتكنولوجيا المعادن المسحوق تلبي المتطلبات. يتم استخدام مسحوق Metallurgy Superalloy لتصنيع المكونات الرئيسية مثل أقراص التوربينات والشفرات ، مثل قرص التوربينات لمحرك Pucompany F119 ، ويستخدم مسحوق النيكل المعتمد على النيكل لتحسين أداء المحرك وموثوقيته. مع انخفاض الكثافة ، ومقاومة عالية القوة والتآكل ، يتم استخدام سبيكة التيتانيوم المعادن للمسحوق لتصنيع الأجزاء الهيكلية مثل عوارض جناح الطائرات وإطار جسم الطائرة لتقليل وزن الطائرات وتحسين كفاءة استهلاك الوقود وأداء الطيران.
(2) مجال تصنيع السيارات
تستخدم أجزاء المعادن المسحوق على نطاق واسع في محرك السيارات ونقل أنظمة الكبح. حلقة الصمامات والقسطرة وخاتم المكبس في المحرك مصنوعة من قاعدة النحاس أو سبيكة قاعدة حديدية ، والتي يمكن أن تقاوم درجة الحرارة العالية والضغط العالي وتحسين أداء المحرك وحياة المحرك ؛ يتمتع معدات النقل والمزامنة بدقة عالية وقوة جيدة ، مما يجعل العتاد يتحول بسلاسة أكبر ويحسن كفاءة الفرامل ، مع احتكاك جيد ومقاومة للارتداء ، وسلامة الفرامل.
(3) مجال المعلومات الإلكترونية
مع تطوير المعدات الإلكترونية إلى الأداء الصغير وخفيف الوزن وعالي الأداء ، تستخدم تقنية المعادن المسحوق على نطاق أوسع. يتم استخدام مواد المعادن المسحوق المغناطيسي الناعم لتصنيع المكونات الإلكترونية مثل المحولات والمحاثات ؛ يتم استخدام مركبات مصفوفة المعادن المعدنية للمسحوق مثل النحاس-تونغستن و Molybdenum النحاس لركيزة تبديد الحرارة وإسكان التغليف للأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة ؛ يتم استخدام مواد التلامس المعدنية للمسحوق للمفاتيح الكهربائية والمرحلات لضمان فتح الدائرة الآمنة وكسرها.
Fe-Silicon-Nickel Magnetic Powder Core (KNF)
(4) مجال التصنيع الميكانيكي
يتم استخدام تكنولوجيا المعادن المسحوق لتصنيع التروس والمحامل والأجزاء الميكانيكية الأخرى. يتمتع ترس المعادن المسحوق بدقة عالية ، ونقل سلس ومعدل استخدام المواد العالية ؛ محمل المعادن للمسحوق هو التصميم الذاتي ومقاوم البلى ، ومناسبة للسرعة المنخفضة ، الحمل الثقيل والضوضاء المنخفضة. في ظل ظروف عمل خاصة ، يمكن أن يحافظ محمل النفط على الأداء الجيد ويحسن موثوقية المعدات وخدمتها.
(5) مجال الأجهزة الطبية
فيما يتعلق بالزرع ، يتم استخدام سبيكة التيتانيوم المعدني للمسحوق لصنع المفاصل الاصطناعية ، وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن يعزز هيكلها المسامي نمو خلايا العظام ويقلل من خطر تخفيف الزرع. الأدوات الجراحية مصنوعة من مسحوق المعادن الفولاذ عالي السرعة والفولاذ المقاوم للصدأ ، مع صلابة أعلى ، مقاومة التآكل ومقاومة التآكل ، ويمكن أيضا أن تصنع أجهزة شكل معقدة. في مواد الأسنان ، تتمتع أطقم الأسنان بقوة جيدة ومتانة وجمال. تستخدم زراعة الأسنان مسحوق المعادن التيتانيوم أو سبيكة التيتانيوم ، والتي يمكن أن تحسن معدل نجاح عملية الزرع. تستخدم قوس تقويم الأسنان الفولاذ المقاوم للصدأ مسحوق أو سبيكة النيكل-تيتانيوم ، والتي يمكن أن تطبق بدقة القوة.
(6) قطاع الطاقة الجديد
من حيث بطاريات الليثيوم أيون ، فإن مواد الكاثود مثل فوسفات الحديد الليثيوم والمواد الثلاثية التي يتم تحضيرها بواسطة تكنولوجيا المعادن المسحوق يمكن أن تحسن كثافة الطاقة وشحن وتصريف البطاريات. في مجال خلايا الوقود ، يمكن لألواح ثنائية القطب المعدنية المصنعة بواسطة عملية المعادن المسحوق وناقلات المحفز ذات المساحة السطحية المرتفعة تحسين أداء خلايا الوقود وتقليل التكاليف. في توليد طاقة الرياح ، يمكن أن تحافظ صناديق التروس والمحامل والأجزاء الأخرى المصنعة بواسطة مسحوق المعادن على الأداء المستقر في البيئة القاسية وإطالة عمر خدمة المعدات.
التقدم في تكنولوجيا المعادن المسحوق
(1) اندماج التصنيع المضافة المعدنية (الطباعة ثلاثية الأبعاد) ومسحوق المعادن
تطورت تقنية التصنيع المعدنية المضافة بسرعة في السنوات الأخيرة ، وقد حقق مزيجها مع المعادن المسحوق اختراقًا جديدًا لتصنيع الأجزاء المعقدة. من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن تجميع مسحوق المعادن مباشرة وتشكيل طبقة حسب الطبقة لإنتاج أجزاء ذات بنية داخلية معقدة وتصميم شخصي. لا تقلل هذه التكنولوجيا من عمليات النفايات والمعالجة المادية فحسب ، بل تتيح أيضًا تصنيع الأجزاء التي يصعب تصنيعها ، مثل الشفرات المعقدة من محركات Aero.
(2) تكنولوجيا المعادن النانو بودر
مع تطوير تقنية النانو ، ظهرت تقنية المعادن النانو بودر. يحتوي مسحوق المعدن النانوي على خصائص مساحة سطح محددة كبيرة ، ونشاط عالي ، وقوة دافعة كبيرة تلبيد ، ويمكنه إعداد مواد ذاتية النانوية ذات الخواص الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية ممتازة. في الوقت الحاضر ، أحرزت تقنية المعادن النانو بودر تقدمًا ملحوظًا في إعداد المواد المغناطيسية عالية الأداء والمواد الموصلة الفائقة وسبائك القوة العالية.
(3) ابتكار مركبات المعادن المسحوق
عن طريق إضافة العديد من المراحل المحسّنة (مثل جزيئات السيراميك والألياف وما إلى ذلك) إلى مسحوق المعادن ، يتم تحضير مادة المسحوق المعدني المركب بأداء ممتاز. تجمع هذه المواد المركبة بين مزايا المعادن والمرحلة المحسّنة ، ولها خصائص القوة العالية ، والصلابة العالية ، ومقاومة التآكل الجيدة ، ودرجة الحرارة العالية وغيرها من المقاومة ، وتستخدم على نطاق واسع في الفضاء ، وتصنيع السيارات ، والهندسة الميكانيكية وغيرها من الحقول. على سبيل المثال ، فإن المادة المركبة المصفوفة المصفوفة المصنوعة من الألومنيوم التي يتم إعدادها بإضافة جزيئات كربيد السيليكون إلى مسحوق سبيكة الألومنيوم يحسن بشكل كبير من القوة والصلابة ، مع الحفاظ على خصائص الكثافة المنخفضة لسبائك الألومنيوم.
بالنظر إلى المستقبل ، مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا ، من المتوقع أن تحقق تكنولوجيا المعادن للمسحوق اختراقات في مجالات أكثر ناشئة ، وسيتم تعميق التكامل مع التقنيات المتطورة الأخرى. في مجالات التصنيع الذكي ، والمواد الكمومية ، والهندسة الطبية الحيوية ، فإن تكنولوجيا المعادن للمسحوق لديها القدرة على خلق المزيد من المواد والمكونات ذات الأداء العالي والمتعدد الوظائف ، مما يوفر حلولًا مبتكرة للتحديات العالمية ، مثل أزمة الطاقة وحماية البيئة وصحة الإنسان. يمكن التنبؤ بأن تلعب تكنولوجيا المعادن للمسحوق دورًا أكثر أهمية في التنمية الصناعية المستقبلية والتقدم الاجتماعي.
